谁会成为中国的SpaceX?

壹零社科技宅 2024-04-02 09:42:53

近一年时间,商业火箭领域的中国力量正在被看见。经过多年积淀后,我国商业航天产业正迎来高速发展黄金期,“中国版SpaceX”正走在路上。

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中国“星座计划”刺激火箭运力需求

在“先占先得”的卫星频率和轨道资源的大背景下,卫星星座计划这一在太空中的基础设施竞赛从未停止。面对马斯克的“星链计划”,中国不甘示弱,相继启动了自己的GW星座计划。这一计划由中国卫星网络集团有限公司主导,调度航天、电信两大产业资源,计划发射12992颗卫星,旨在抢占足够的轨道资源,构建属于中国自己的卫星通信网。

在GW星座计划之前,我国也已经有“行云”“虹云”“鸿雁”等星座规划,但“行云”主要用于窄带物联网,“虹云”和“鸿雁”还处在早期阶段,而且总体的星座规模,很难与国外同类型卫星星座相比,而需要发射12,992 颗低轨卫星的“GW星座计划”显然会刺激到火箭运力需求。根据国际电信联盟的规则,申请了相关频率的单位,必须在7年内完成卫星发射和信号验证,才能真正拥有该频率的使用权。所以“GW”星座必须在2027年11月9日之前完成以上工作,这必将极大推动我国“一箭多星”“火箭回收”等技术的发展。

马斯克的“星链”一次可以发射60颗小卫星,而我国早在2015年通过“长征6号”火箭创造过一次搭载20颗卫星的发射纪录。“长征11号”运载火箭也具备一次发射28颗甚至更多小卫星的能力,如果一次释放两颗卫星,那么一次发射就可以同时释放56颗微纳卫星。

2023年6月15日13时30分,长征二号丁遥八十八运载火箭在太原卫星发射中心,成功将吉林一号高分06A星等41颗卫星准确送入预定轨道,成功刷新我国一箭多星的纪录。另外,还有中国航天科技集团正在研制的“捷龙三号”固体运载火箭,也具备“一箭20星”以上的多星发射能力,而且发射成本可以控制在不到1万美元每公斤,因此具有一定的市场竞争力。

低轨卫星会推动商业火箭产业发展

而除“GW星座计划”外,上海市政府支持的“G60星链计划”一期将实施 1296 颗,未来将实现12000多颗卫星的组网,成为我国目前积极推进的第二大低轨星座计划。根据 G60 星链发射规划,2024 年至少完成 108 颗卫星发射并组网运营,在2025 年底前完成648颗 GEN1 卫星发射任务,在 2026-2027 年完成一期后续 648 颗GEN2 卫星发射任务。在ITU申报时效性限制、国内政策支持力度持续加大、火箭发射成本和卫星制造成本不断下降等因素的作用下,未来5年我国低轨卫星制造及发射有望进入“指数级”增长的爆发期。

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商业航天迈入高速发展期

谷神星一号、双曲线一号、朱雀三号……从去年开始,中国火箭的发射表上多了一连串陌生的名字,中国商业航天力量如雨后春笋般涌现,为加快发展新质生产力不断注入新的动能。特别是今年,“商业航天”首次被写入了政府工作报告,更是开启了快速发展模式。

去年,我国民营火箭共发射13次,同比2022年增长160%。在一系列政策支持下,预计我国商业航天产业规模今年将突破2.3万亿元。随着商业航天发射需求增多,海南国际商业航天发射中心正在建设的二号发射工位能够满足9家火箭公司的19型火箭。

为了提前给自家火箭预留好发射位置,目前中科宇航、蓝箭航天、天兵科技等许多国内头部商业航天企业都已经或计划落地文昌国际航天城。谷神星一号火箭研发总监刘百奇表示,“今年,中国的发射次数有可能超过100次,纯民营的火箭发射次数会达到25%—30%,极大推动我国商业航天产业发展”。

“朱雀二号”箭身印上了红色的泡泡玛特广告

2024 年2月26日,中国航天科技集团有限公司发布《中国航天科技活动蓝皮书(2023 年)》指出,国产航天器迅速突破,国企民营双向助力成长。蓝皮书显示,2023年我国在航天器领域实现了重大突破,共实施67次发射任务,研制发射航天器数量高达221个,发射次数及航天器数量均刷新我国最高纪录。

央国企层面,航天科技集团同期完成48次发射任务,发射总质量达150.96吨;航天科工集团快舟系列运载火箭实施6次发射。民营层面,星河动力公司谷神星一号运载火箭6次成功发射;蓝箭航天朱雀二号、星际荣耀双曲线一号运载火箭各实施2次发射;天兵科技天龙二号成功实施1次发射。

需要注意的是中美航天工程差距依然瞩目,降本增量或成国内发展主题。国内航天器发射成本较国外仍有较大提升空间,而发射数量方面,中美发射能力差距仍较为显著。2023年美国进行 109 次成功航天发射,新增航天器数量高达2242个,发射入轨质量为 1244.46吨;而中国同期成功发射66 次,仅新增206个航天器,发射入轨质量为123.38 吨,这同中美两国商业航天不同的发展路线有一定关系。

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从不同的角度拥抱星辰大海

过去一年多时间里,我国新兴民营火箭公司(即除航天科技和航天科工两大央企以外新兴火箭制造企业)取得巨大成功的同时,我国航天事业领头羊航天科技集团官方也发文指出:“对标SpaceX,(集团)整体上大而不强、大而不优,这与我们在航天领域率先实现强国目标还相去甚远。”

经过多年发展,我国目前已经形成星际荣耀、星河动力、中科宇航、天兵科技、蓝箭航天和东方空间等多个商业航天企业,以自研火箭为载具、有偿提供入轨发射服务,并且取得过任务成功,同SpaceX在技术、商业模式上均有一定差异。技术方面,国内大多数民营运载火箭公司选择从研制小型固体火箭开始,初步开启商业航天的服务模式,之后再实现向液体火箭的升级,开展中型、大型火箭以及可重复使用火箭的研发。SpaceX代表的美国企业则清一色研制液体火箭,造成中美商业航天发展轨迹不同的除了技术本身外,商业模式的不同有着一定的影响。

美国宇航局(NASA)有过成熟地扶持商业航天的经验。在美国,商业航天与国家航天有着明确界限。除了以科研为目的的深空探索,NASA基本不做市场业务,放卫星等都统一交由民营公司。

与此同时,美国政府放开了技术转让、发射任务合同等宝贵资源。奥巴马政府曾接连推出重磅方案,让NASA开放最赚钱的近地空间业务,并通过人才技术的流动,支持商业航天发展。而航天作为国防军工的涉密领域,我国民营航天只能获得人民币基金的投资。而人民币基金同样受A股上市规则的影响,对企业的净利润和营业收入有一定要求。

因此,中国民营航天通常面临起步资金较少、后续融资困难等问题,好在经过几年摸索之后,中国商业航天也开始受益于“国家队”的技术外溢,如2023年实现中国液体火箭首飞的“天龙二号”,使用了中国航天科技公司六院研制的液发-102发动机。

2023年4月2日,天龙二号遥一运载火箭在我国酒泉卫星发射中心成功首飞

“GW星座计划”“G60星链计划”等由政府主导的卫星发射计划成为国内商业火箭产业可以看到的最大“蛋糕”,而抱团合作、共同成长,则成为国内商业火箭产业未来的发展路线。

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“星座共享”或可推动卫星“平民化”

近年来卫星的制造发射成本大幅降低,但距离“平民化”仍十分遥远。如果地面希望卫星在上空空间中实现一个功能,造一颗卫星发射去实现,少说需要一年半时间、一两千万元成本,且大规模的卫星部署很容易出现“超量部署”问题,为避免资源的浪费和高效利用,软件定义卫星技术联盟(简称“软星联盟”)提出共享星座计划,计划通过软件定义的方式,为地表上空平均分配“虚拟卫星”,实现星座共享。卫星拥有者也可将空闲时间售卖给共享卫星平台,由平台按需分发。

过去一颗卫星任务单一,比如通信卫星、遥感卫星等像传统手机只提供一个功能,但一颗智能卫星将像智能手机一样提供几百个功能,其功能实现与智能手机相似,由于系统架构是开放的、拥有航天应用商店和开源软件生态,支持有效载荷的即插即用,因此可以实现不同应用的快速安装、动态升级。

该方案如果能取得成功,意味着未来卫星产业的主体工作将从“造卫星”转移至卫星软件开发上来。通过编一个软件通过星座共享实现,可能只需要几个小时,花一两千元。从而大幅降低卫星应用开发“门槛”,有利于纳入更多社会力量进行新模式新业态的探索中。

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